基于小波变换的多功能数字水印设计与研究

论文摘要

近年随着计算机网络的快速发展,人们对于数字多媒体的使用和传输变得越来越方便和广泛,人们在享受网络带来方便和快捷的同时,也发现数字多媒体信息传播过程中所产生的一些负面问题,其中最重要的就是数字产品的版权保护和内容完整性认证问题。因此,作为信息安全领域中一个重要分支的数字水印技术应运而生,它是解决这类问题的重要方法,因而引起人们的广泛关注。本文首先分析了数字水印的基本原理和研究背景,介绍了数字水印的概念、特点、分类、评估方法以及主要应用领域,着重分析了认证性数字水印技术的基本框架和原理。接着研究了小波变换的基本理论,给出小波变换在数字水印技术中的优势,并提出了基于小波域的鲁棒性数字水印算法、认证性数字水印算法以及一种多功能数字水印算法。本文提出的鲁棒性数字水印技术将离散小波变换和离散余弦变换相结合,充分利用了两者的优点,采用量化的方法对水印进行嵌入,在水印的检测过程中不需要原始图像信息,是种盲水印算法。实验结果表明该算法对常见的图像处理和攻击如添加噪声、3×3均值滤波、剪切特别是JPEG压缩具有很好的鲁棒性。采用认证性数字水印技术(即脆弱性水印和半脆弱性水印)进行图像真实性、完整性认证已成为了研究的一个热点。半脆弱性水印技术是数字水印技术的一个重要分支,它能容忍一定程度的常见信号处理操作,又能检测出对多媒体数据是否有恶意篡改,并且可以定位篡改区域。本文从静止图像认证的角度,提出了一种基于小波变换的、可以定位篡改区域的认证性数字水印(半脆弱性水印)算法。对原始图像进行小波分解,选择高频LH2子带和HL2子带嵌入基于图像内容的水印。根据实验结果可知,本算法的不可见性好,检测时不需要原始图像信息,可以实现篡改检测和篡改定位,有效区分恶意和非恶意篡改。在前面算法的基础上,本文提出了一种基于小波变换的多功能数字水印算法,即在同一图像中嵌入两种性质不同的水印,实现对图像的双重保护。通过小波系数的树结构选择两种水印的嵌入位置,利用抖动调制方法将鲁棒性水印嵌入到图像小波分解低频子带的重要系数中、将认证性水印(半脆弱水印)嵌入到小波零树的特定节点上。本算法采用二值图像作为鲁棒性水印信息,而半脆弱性水印信息来源于图像的内容。根据实验结果可知,该算法具有良好的不可见性,提取出的鲁棒性水印对一般的图像处理和攻击具有较强的鲁棒性,同时提取出的半脆弱性水印对恶意攻击如剪切以及剪切替换等具有良好的敏感性,并且能够准确定位篡改发生的位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文的研究内容和章节安排
• 第二章 数字水印技术
• 2.1 数字水印技术原理
• 2.2 数字水印系统的基本框架
• 2.3 数字水印中常见的攻击和评估方法
• 2.4 数字水印的应用
• 第三章 小波变换理论
• 3.1 小波变换的含义及相关概念
• 3.2 小波变换的特点
• 3.3 图像的小波分解与重构
• 第四章 基于小波变换的鲁棒性数字水印技术
• 4.1 算法设计
• 4.2 离散余弦变换
• 4.3 水印信息置乱
• 4.4 水印嵌入算法
• 4.5 水印提取算法
• 4.6 实验结果与分析
• 第五章 基于小波变换的认证性数字水印技术
• 5.1 认证性数字水印的基本原理
• 5.2 基于小波变换的半脆弱性数字水印算法
• 5.3 实验结果与分析
• 第六章 基于小波变换的多功能数字水印算法设计与研究
• 6.1 算法的提出
• 6.2 小波树结构
• 6.3 抖动调制的基本原理
• 6.4 水印信息的选取
• 6.5 多功能数字水印信息的嵌入
• 6.6 多功能数字水印信息的提取
• 6.7 篡改认证
• 6.8 实验结果与分析
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文所做的工作
• 7.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文
• 致谢